一种基于栅栏效应重采样的空化噪声提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于栅栏效应重采样的空化噪声提取方法，所述方法包括以下步骤：获取超声空化声场的声信号片段p

【技术实现步骤摘要】
一种基于栅栏效应重采样的空化噪声提取方法


[0001]本专利技术属于超声空化检测
，具体来说涉及一种基于栅栏效应重采样的空化噪声提取方法，可用于空化噪声提取以及超声空化研究领域。

技术介绍

[0002]在交变压力场(声场)作用下形成的气腔和气泡称为声空化，并称此类气腔和气泡为空化泡。声空化可包括一个空化或由声场激发而形成的运动空化泡群。根据液体介质中空化泡的寿命和半径变化速率，声空化主要有两种类型：瞬态空化和稳态空化。稳态空化的气泡长时间存在，单独分散分布于水槽中。在超声清洗槽的声场环境中，气泡生成后，多数在固定位置小幅度振荡。少部分气泡振荡幅度较大，或在声场中运动至边界后破灭。瞬态空化与空化效应有关，会在液体介质中产生极端的物理条件，以及射流等现象。常见的声空化中，均包含瞬态空化。
[0003]空化噪声是由于在发生空化时，空化泡的线性与非线性脉动，空化泡的形成与破灭，以及空化泡之间的相互作用等因素而产生的，始终伴随着空化过程。在大功率超声的作用下，紧致的液体介质中会产生大量空化泡，并且它们会做大幅度的脉动。空化泡的大幅度脉动是高度非线性的，这使得它辐射的噪声的声谱变得非常复杂，包含了谐波、次谐波、超谐波等成分。空化泡破灭的过程比稳态脉动更为复杂，由此带来了更为复杂的频谱成分。稳态空化由于气泡的振荡以及气泡壁的膨胀与收缩，气泡周围出现微流。同时，空化噪声中包含有谐波、次谐波，随着空化强度的加大，还会出现超谐波。瞬态空化通常以集群的形式出现，气泡产生后迅速破灭，周而复始，在一定区域内形成气泡云。瞬态空化出现时，产生宽频带噪声，空化噪声中一定包含谐波、次谐波、超谐波以及象征瞬态空化存在的连续谱。
[0004]超声空化声场中，包含有超声基频信号，换能器非线性工作产生的谐波、次谐波等，以及空化活动产生的次谐波、超谐波，是一个复杂的混合声场。其中，基频、谐波、次谐波及超谐波在频谱中均以线谱形式存在，谐波、次谐波及超谐波的频率均以基频为准，为基频的倍数(m/n倍，m、n为不为零的正整数)，属于有序信号。瞬态空化产生的无序噪声信号则表现为连续谱。
[0005]栅栏效应描述的是信号采样时只能得到采样点的信息，而忽略了采样间隔中数据信息的现象，相当于透过栅栏观赏风景，只能看到频谱的一部分，而其它频率点看不见，因此很可能使一部分有用的频率成份被漏掉。通常，如果“挡住”或丢失的频率成分有可能是重要的或具有特征的成分，使信号处理失去意义，但是如果“挡住”或丢失的频率成分正好是需要滤除的部分，则可以对其加以利用。
[0006]空化噪声研究及噪声提取的设计种类繁多，如空化噪声和海洋背景噪声的特征区分[CN113887482A]，超声凝固过程中空化噪声分离[CN114783461A]，超声清洗换能器空化强度测量[CN114623924A]，旋翼桨
‑
涡干扰噪声提取[CN115186221A]。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于克服现有技术不足，根据超声空化以及空化噪声的特点，提供一种空化噪声提取方法，该方法操作简单，能较好地提取超声空化声场中的空化噪声信号。
[0008]本专利技术提供技术方案如下：
[0009]一种基于栅栏效应重采样的空化噪声提取方法，所述方法包括以下步骤：
[0010]获取超声空化声场的声信号片段p
i
(t)；
[0011]对超声空化声场的声信号片段p
i
(t)做傅里叶变换，得到信号频谱p
i
(f)；
[0012]基于信号频谱的频谱成分，分析得到栅栏效应重采样的采样率f
s
‑2，并对超声空化声场的声信号进行栅栏效应重采样，得到栅栏效应重采样信号p
again
‑
i
(t)；
[0013]对栅栏效应重采样信号p
again
‑
i
(t)通过傅里叶变换后进行OHz成分置零，得到空化噪声信号频谱p
cavitation
‑
i
(f)；
[0014]对空化噪声信号频谱p
cavitation
‑
i
(f)进行傅里叶逆变换，得到空化噪声信号p
cavitation
‑
i
(t)；
[0015]将多个空化噪声信号进行时域信号拼接，得到总空化噪声信号。
[0016]优选地，所述获取超声空话声场的声信号片段包括以下步骤：
[0017]在超声换能器稳定工作的情况下，将水听器置于声场中的测量位置，以预设的采样率连续采集水听器测量的接收信号；
[0018]按照预设的分析时长对接收信号分段，得到超声空化声场的声信号片段。
[0019]优选地，所述测量位置为测量点位或者扫描测量区域。
[0020]优选地，当为扫描测量区域时，扫描应缓慢并速度均匀，且扫描间隔应小于λ为驱动超声的波长。
[0021]优选地，所述栅栏效应重采样的采样率为(1/n)f0，f0为驱动超声基频，n表示需要滤除的次谐波数量。
[0022]优选地，所述的对栅栏效应重采样信号通过傅里叶变换的表达式为：
[0023][0024]其中，j表示虚数，f表示信号频率。
[0025]优选地，所述的对空化噪声信号频谱进行傅里叶逆变换的表达式为：
[0026][0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028]1、该方法操作简单，便于实施。
[0029]2、巧妙的利用了栅栏效应、超声空化声场及空化噪声的特点设置了栅栏效应重采样的采样率。
[0030]3、通过栅栏效应重采样较好地提取了空化噪声信号。
[0031]4、提取并拼接的空化噪声信号与原信号中的噪声信号成分信号结构相同。
附图说明
[0032]图1为栅栏效应重采样空化噪声提取流程图。
[0033]图2为原始信号示意图，(a)为时域信号示意图，(b)为频谱图。
[0034]图3为提取的噪声信号，(a)为时域信号示意图，(b)为其频谱与原始信号的对比图。
具体实施方式
[0035]下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0036]一种基于栅栏效应重采样的空化噪声提取方法，其中包含超声空化噪声采集与超声空化噪声提取两部分。参照图1所示，具体来说，该方法包括以下流程。
[0037](1)获取超声空化声场的声信号片段p
i
(t)，该声信号片段p
i
(t)的获取包括以下2个子流程。
[0038](1
‑
1)在超声换能器稳定工作的情况下，将水听器置于声场中的测量位置进行测量；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于栅栏效应重采样的空化噪声提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取超声空化声场的声信号片段p
i
(t)；对超声空化声场的声信号片段p
i
(t)做傅里叶变换，得到信号频谱p
i
(f)；基于信号频谱的频谱成分，分析得到栅栏效应重采样的采样率f
s
‑2，并对超声空化声场的声信号进行栅栏效应重采样，得到栅栏效应重采样信号p
again
‑
i
(t)；对栅栏效应重采样信号p
again
‑
i
(t)通过傅里叶变换后进行OHz成分置零，得到空化噪声信号频谱p
cavitation
‑
i
(f)；对空化噪声信号频谱p
cavitation
‑
i
(f)进行傅里叶逆变换，得到空化噪声信号p
cavitation
‑
i
(t)；将多个空化噪声信号进行时域信号拼接，得到总空化噪声信号。2.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴博悦，佟昊阳，陈毅，高天锐，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：